Особенности реализации средств автоматизации в пожаровзрывоопасных зонах

Киповские приборы имеют обозначение 1Ex2вIIВТЗ

Существует гост, который регламентирует это обозначение ГОСТ12.2.020-76 «Электрооборудование взрывозащищенное. Термины и определения. Классификация. Маркировка». Существует серия Гостов 51330.0-99-51330.20-99 которые регламентируют исполнение приборов, которые могут работать в взрывозащищенных средах.

-1 уровень взрывозащиты (1 взрывонепроницаемая оболочка, 2- искробезопасная цепь)

-Ex оборудование выполнено в соответствие с гостами 51330.0-99-51330.20-99 (но это не значит что оно может быть применено в нашем конкретном случае

-2В уровень взрывозащиты

-IIВ – обозначение группы средств для которых применимо данное оборудование

-Тз – температурный диапазон

Искрозащита делится на 2 вида:-искрозащита питания; -искрозащита сигнала

Искрозащита питания(искробезопасная электрическая цепь)

+12

-12

50Ом

15В

5В

Основной принцип построения этих цепей - нужно подавать во взрывоопасную зону сигнал такой мощности, чтобы не произошло возгорания.Допустим, что прибор используется в среде с парами бензина. Если выходное напряжение повышается, то возрастает ток стабилизации стабилитронов V1 и V2, а значит возрастают потенциалы точек ‘ ‘, начинает открываться тиристор VS и шунтирует избыточное напряжение на выходе. Защита по току за счет сопротивления = 5 Ом. Номинал выбран так, чтобы ограничить ток до 0,35 А. Если ток возрастает, то потенциал точек возрастает, тиристор открывается и ток падает.Шунт (от англ. shunt — ответвление), электрический проводник или магнитопровод, присоединяемый параллельно электрической или магнитной цепи для ответвления части электрического тока или магнитного потока, когда нежелательно либо невозможно весь ток (поток) пропустить через данную цепь.Трансформатор Т для гальванической развязки, оптопара- для включения и выключения источника питания(дистанционно)Подобный подход и для сигнальных цепей. Нужно подать сигнал со взрывоопасной зоны. Ставятся 2 стабилитрона, которые шунтируют избыточное напряжение.2 способа искрозашиты:

1) Постановка специальных барьеров

2) Без барьеров – выполнение специальных плат Ввода/вывода с искрозащитой (искробезопасная плата)

Искрозащита сигнала:

5)Виды протоколов в АСУ ТП (Modbus, Profibus, и т.д.)

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов. Для каждого уровня определяется набор функций–запросов для взаимодействия с выше лежащим уровнем, который называется интерфейсом. Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней, которые называются протоколами.

Стеки протоколов разбиваются на три уровня:

- сетевые;

- транспортные;

- прикладные.

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Н-р:

- DDP (DatagramDeliveryProtocol – Протокол доставки дейтаграмм).Протокол передачи данных Apple, используемый в AppleTalk.

- IP (Internet Protocol – Протокол Internet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации.

Транспортные протоколы

Транспортные протоколы предоставляют следующие услуги надежной транспортировки данных между компьютерами. Н-р:

- NetBIOS (Базовая сетевая система ввода вывода). NetBIOS Устанавливает соединение между компьютерами, а NetBEUI предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

- TCP (TransmissionControlProtocol – Протокол управления передачей).Протокол стека TCP/IP, отвечающий за надежную доставку данных.

Прикладные протоколы

Прикладные протоколы отвечают за взаимодействие приложений. Ниже приведены наиболее популярные прикладные протоколы.

- AFP (Apple Talk File Protocol – Файловыйпротокол Apple Talk). Протокол удаленного управления файлами Macintosh.

- HTTP (HyperTextTransferProtocol) – протокол передачи гипертекста и другие протоколы.

Modbus - коммуникационный протокол, основанный наклиент- серверной архитектуре. Разработан фирмой Modicon для использования в контроллерах с программируемой логикой (PLC). Использует для передачи данных последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232 и другие, а также сети TCP/IP.

Устройства разных производителей, поддерживающие протокол Modbus, легко интегрируются в единую сеть автоматизации. На рынке представлен практически весь спектр необходимого оборудования от простых модулей ввода-вывода до частотных преобразователей. Все универсальные SCADA/HMI системы поддерживают данный протокол.

При использовании последовательных линий связи в одной сети может быть только одно ведущее устройство(master), которое может опрашивать другие подчиненные устройства(slave). Ни одно подчиненное устройство не может самостоятельно запросить или передать данные другому устройству. Ведущее устройство(master) может запросить данные с каждого подчиненного устройства по очереди или инициировать одновременную передачу сообщения на все подчиненные устройства. В одной сети может быть до 247 подчиненных устройств(slave).

Устройства Modbus в последовательной линии связи.

В сети TCP/IP может практически неограниченное количество ведущих устройств(master) и подчиненных устройств(slave). При этом любое устройство может быть одновременно и ведущим, и подчиненным.

Сеть Modbus TCP/IP.

Режимы протокола Modbus

Протокол Modbus предусматривает для передачи данных по последовательным линиям связи два режима передачи: RTU и ASCII.

Режим ASCII предназначен для медленных линий связи, где каждый байт пакета передается как два ASCII символа. Новый пакет начинается со специального служебного символа. При этом между передачей символов одного пакета пауза может быть нескольких секунд (в зависимости от настроек) без возникновения ошибок при передаче.

Использование режима RTU позволяет приблизительно 2 раза увеличить количество передаваемых данных по последовательной линии связи. Данные пакета передаются по сети в двоичном виде без изменений. В режиме RTU перед передачей пакета в линии выдерживается небольшой интервал тишины. Пакет передается непрерывным потоком данных. Таким образом на скорости 19200 бит/с возможно передать за 1 секунду до 1400 байт данных(при повторяющемся запросе 126 переменных) или опросить до 40 раз одно или несколько устройств(при запросе одной переменной).

Структура Frame (кадра)

Запрос ↔ Ответ

Адрес ↔ Адрес

Код функции ↔ Код функции

Байты данных ↔ Байты данных

Контрольная сумма ↔ Контрольная сумма

Протокол PROFIBUS (PROcessFIeld BUS) разработан в Германии. Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. В PROFIBUS используется гибридный метод доступа Master/Slave и децентрализованная процедура передачи маркера. Сеть может состоять из 122 узлов, из которых 32 могут быть Master-узлами. Адрес 0 зарезервирован для режима широкого вещания. В среде Master-узлов по возрастающим номерам узлов передается маркер, который предоставляет право ведения циклов чтения/записи на шине. Все циклы строго регламентированы по времени, организована продуманная система тайм-аутов. Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии на шине. Настройка всех основных временных параметров идет по сценарию пользователя. Рабочая скорость передачи может быть выбрана в диапазоне 9,6-12 000 Кбит/с.

При построении многоуровневых систем автоматизации часто возникают задачи организации информационного обмена между уровнями. В одном случае необходим обмен комплексными сообщениями на средних скоростях. Вдругом - быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена (уровень датчиков). В третьем требуется работа в опасных участках производства (нефтегазовые технологии, химическое производство). Для всех этих случаев PROFIBUS имеет решение. Под общим названием понимается совокупность трех отдельных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA.

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Здесь требуется высокая степень функциональности, и этот критерий важнее критерия скорости. Основное его назначение - передача больших объемов данных.

В задачах управления, требующих реального времени, на первое место выдвигается такой параметр, как продолжительность цикла шины. Реализация протокола PROFIBUS-DP дает увеличение производительности шины (например, для передачи 512 бит данных, распределенных по 32 станциям, требуется всего 6 мс).

Протокол PROFIBUS-PA - это расширение DP-протокола в части технологии передачи, основанной не на RS-485, а на реализации стандарта IEC1158-2 для организации передачи во взрывоопасных средах. Он может использоваться в качестве замены старой аналоговой технологии 4-20мА. Для коммутации устройств нужна всего одна витая пара, которая может одновременно использоваться и для информационного обмена, и для подвода питания к устройствам полевого уровня.

Протокол PROFIBUS-DP поддерживается устройствами разных производителей. Для контроллеров компании Siemens этот протокол является основным (рис.1.8). Некоторые контроллеры семейств S7-300 и S7-400имеют встроенный порт PROFIBUS-DP, другие взаимодействуют с сетью посредством коммуникационных процессоров.

Рис. 1.8. Контроллеры SimaticS7 в сети Profibus-DP.